预应力CFRP板加固混凝土结构抗大温差环境特性变化的实验分析

CFRP加固钢筋混凝土构件力学及耐久性能试验研究的开题报告一、选题背景及意义随着工程技术的不断发展，建筑结构的使用寿命越来越受到关注。

很多钢筋混凝土构件在长时间使用后会产生裂缝和变形，从而影响整个结构的稳定性和耐久性。

为了解决这个问题，采取加固措施是一种可行的解决方式。

加固材料中，碳纤维增强聚合物（CFRP）是一种非常有前景的材料。

CFRP具有高强度、轻质、耐腐蚀等特点，在加固工程中有着广泛的应用前景。

二、研究目的本研究旨在通过实验研究，探讨CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能的影响。

具体目标包括：1.探究CFRP加固后钢筋混凝土构件的受力性能变化情况。

2.分析CFRP加固对钢筋混凝土构件的耐久性能影响，如抗裂性能、抗冻融性能等。

3.研究CFRP加固层数与钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能之间的关系。

三、研究内容及方法本研究将通过实验研究的方法探究CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能的影响。

具体内容包括：1.制备试验样品：选取一定数量的钢筋混凝土试件，制备CFRP加固的试样。

2.进行力学性能试验：对于制备好的试样进行拉伸、压缩和弯曲等力学试验，测定试样在不同加载条件下的受力性能变化情况，并分析CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能的影响。

3.进行耐久性能试验：对于制备好的试样进行抗裂、抗冻融等耐久性能测试，分析CFRP加固对钢筋混凝土构件耐久性能的影响。

4.分析CFRP加固层数与钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能之间的关系：通过多组实验数据的对比分析，探讨CFRP加固层数与钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能之间的关系。

四、研究预期成果及意义本研究通过实验研究，对CFRP加固钢筋混凝土构件力学和耐久性能进行分析和探究，将获得以下成果：1.分析CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能的影响规律，探究加固层数与钢筋混凝土构件力学性能之间的关系。

2.分析CFRP加固对钢筋混凝土构件耐久性能的影响规律，包括抗裂、抗冻融等耐久性能。

预应力CFRP布加固混凝土梁桥的力学效果分析本文对预应力CFRP布的物理及力学性质给予了必要的介绍和分析，并提取辽宁省滨海公路一梁桥加固例子，分析了在静载情况下梁体在加固前后的挠度变化情况，说明在同等情况下采取预应力CFRP加固效果更佳。

标签：CFRP片材静载滨海公路0 引言随着辽宁公路建设的全面展开和继续进行，后期的养护也出现一系列的工作要做。

比如二次维修、改良、检测和加固等等。

在公路梁桥的加固方法中，近些年来出现很多新兴的加固手段和方法，比如：体外预应力筋加固，粘贴CFRP布等。

尤其后一种方法，在最近几年中随着加固工艺的日趋成熟和完善，以及相应规范标准的出台，成为一种投资低，工期短，见效快的加固手段。

但是由于操作工艺的限制，这种加固方法更多是在未对纤维布进行初始张拉的情况进行着，虽然加固效果可以，但是远不及预应力CFRP片材的加固效果好，所以笔者认为应根据纤维布的特征性质，对CFRP布进行预应力处理，这样加固效果会更加得到大步提升。

1 CFRP片材的物理及其力学性质CFRP布片材：由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500oC)碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。

CFRP布是一种具有很高强度和刚度的各向异性的柔性材料，它的抗拉强度为钢材的10几倍，达到3500-4500Mpa弹性模量接近甚至超过钢筋的弹性模量（钢筋为200Gpa，CFRP为230～640Gpa）伸长率可达0.9％～1.5％，以碳纤维T300/环氧5208的强度为例，强度是铝材的6.3倍，刚度是铝材的4.16倍。

因此在采用CFRP加固桥梁过程中可以充分发挥其高强度高模量的性质。

并且由于CFRP具有高的拉伸模量，使得在使用CFRP加固过程中，对CFRP片材施加预应力成为可能，为桥梁预应力加固拓宽了材料范围。

2 加固实例取滨海公路一个3*13m预应力混凝土空心板梁桥，其混凝土标号为C40，其混凝土和钢筋的参数如下：混凝土：Ec＝41000Mpa，fcm＝19Mpa，ft＝1.65Mpa。

文章编号：１００９ ６８２５（２０２０）１１ ００４０ ０２预应力ＣＦＲＰ带加固混凝土梁装置设计与性能分析★收稿日期：２０２０ ０３ ２０★：国家级大学生创新项目（２０１７１０５９５０５０），广西自然科学基金项目（２０１７ＪＪＡ１６００７１）作者简介：董　啸（１９９９ ），男，在读本科生通讯作者：蒋　慧（１９７８ ），女，硕士，高级实验师董啸　蒋慧 李金虎　杨晓慧　王杨（桂林电子科技大学建筑与交通工程学院，广西桂林　５４１００４）摘　要：设计了预应力ＣＦＲＰ带加固混凝土梁装置，解决了传统混凝土梁加固时ＣＦＲＰ带受力复杂、强度无法充分利用，施工队伍水平存在差异等问题。

试验表明：加固后的混凝土梁初裂荷载与极限荷载均得以提高，值得在实际工程中使用。

关键词：ＣＦＲＰ带，加固，混凝土梁，性能分析中图分类号：ＴＵ３１８文献标识码：Ａ１　研究背景伴随时间的推移，大量的工民用建筑、交通桥梁等工程结构的混凝土梁由于材料老化、环境侵蚀、结构功能发生改变而使受荷变化，或者战争、火灾、台风、地震、洪水等自然灾害以及设计失误、施工不当等人为因素的发生而导致构件承载力不足或产生开裂等情况时有发生，因此对其加固修复十分必要［１］。

在混凝土梁加固修复中，将ＣＦＲＰ带直接粘结在梁结构下表面以达到与梁共同受力［２］从而达到加固修复目的的方式极为普遍，但其存在明显的不足：ＣＦＲＰ带只有在完全拉紧绷直情况下才能够发挥其抗拉的作用，ＣＦＲＰ带与梁结构表面的直接粘结并不能让ＣＦＲＰ带长期处于绷直状态［３］，且两者不能长时间维持牢固结合的状态，一旦发生松弛，碳纤维带两端更易发生剥离，其承担的拉力将会迅速降低从而不能发挥出ＣＦＲＰ带的全部性能，对材料自身造成了浪费。

本结构设计将ＣＦＲＰ布的两端牢牢固定于梁底部，并且利用施加预应力的方式来提高其强度的利用率。

考虑到锚具在常规生产应用等受到严重限制问题，结合加工过程进行简化设计，降低了加工难度并且较节省钢材，现场施工难度较低，可用人工或小型机械进行预应力施加，解决了传统锚具的弊端。

高温下CFRP-混凝土界面受剪性能研究的开题报告一、研究背景和意义碳纤维增强聚合物（CFRP）在工程结构中越来越广泛地应用，具有高质量、高强度、高刚度、轻质化等优点，特别是在加固和修复混凝土结构方面具有良好的效果。

然而，在高温环境下，由于CFRP材料的焦炭化、热分解和氧化等问题，其加强作用可能会受到影响，从而影响加固效果和安全性。

因此，深入研究CFRP-混凝土界面在高温下的受剪性能，对于加固和修复混凝土结构的安全性和可靠性具有重要意义。

二、研究内容和方法本研究的主要内容是对高温下CFRP-混凝土界面受剪性能进行研究。

研究方法主要包括实验和数值模拟两个方面。

在实验方面，将采用自制的全自动剪力试验机，对高温下CFRP-混凝土界面的承载力和滑移性能进行测试。

试验温度将选取300℃、500℃和700℃三个温度进行研究，CFRP片与混凝土间的界面类型采用表面加工、胶粘和锚固等不同方法进行比较研究。

在数值模拟方面，将采用有限元方法对高温下CFRP-混凝土界面进行模拟。

通过建立CFRP-混凝土复合材料模型和高温材料力学模型，同时考虑温度变化、基材不均匀性等因素的影响，模拟CFRP-混凝土界面在高温下的受力性能和滑移行为。

三、预期成果和意义通过实验和数值模拟研究高温下CFRP-混凝土界面受剪性能，本研究将获得CFRP-混凝土界面的承载力、滑移性能、单调和循环加载状态下的损伤演化规律等方面的数据。

进一步分析CFRP-混凝土界面在高温条件下的生命周期和可靠性，并提出加固和修复混凝土结构策略的建议。

本研究的成果对于加强和修复混凝土结构的安全性和可靠性具有重要意义，也对于CFRP材料的应用和开发提供了参考。

CFRP是一种典型的弹性材料，与传统的加固材料钢材相比，CFRP在加固修复混凝土结构中具有明显的优点，具体表现在高强高效、施工便捷、适用面广、基本不增加结构自重和结构尺寸等方面[1]。

实际工程中，采用不同的粘贴方式使CFRP发挥不同功能的作用。

目前，CFRP在加固混凝土结构中的应用形式之一为包裹混凝土柱表面，使主纤维方向沿柱环向，进行柱的受压及抗震加固[1]。

ABAQUS/CAE是ABAQUS的一种广泛而全面的有限元建模交互式图形环境。

本文利用ABAQUS/CAE进行前处理和后处理，研究CFRP约束高温后混凝土静态力学性能，与试验数值进行对比，以期为工程设计及进一步试验研究提供参考[2]。

1混凝土温度场有限元分析1.1混凝土热工参数的选取进行混凝土温度场有限元分析，最重要的是要确定混凝土的热工参数。

混凝土有三个基本热工参数用于温度场分析：导热系数l c、质量密度ρc与比热容c c。

其余的热工参数均可由这三个基本参数推导得出[3]。

导热系数l c表征材料导热能力的大小。

其物理含义为单位时间（h）内，在单位稳定梯度（K/m）下，通过材料单位等温面积（m2）的热量（J），单位为W/（m·℃）。

模型中采用Lie[4-8]提出的混凝土导热系数随温度的表达式，见式（1）。

其中，温度T单位为℃。

可知，随温度升高，混凝土的导热系数逐渐降低。

λc={1.3550≤T≤293-0.001241T+1.7162T>293（1）质量密度ρc的物理含义为单位体积下材料的质量，单位为kg/m3。

由于高温使得混凝土内部水分丧失，故混凝土的质量密度随温度升高逐渐降低。

但与其他热工参数相比，混凝土质量密度在高温过程中变化幅值相对较小。

因此，为了简化模拟，模型中混凝土的质量密度ρc取为常值2400kg/m3。

比热容c c表征材料吸热能力。

其物理含义为单位质量（kg）的材料，当温度升高1K（或1℃）所吸入的热量（J），单位为J/（kg·℃）。

CFRP筋体外预应力加固钢筋混凝土梁刚度的试验研究的开题报告1.研究背景钢筋混凝土结构在工程中应用广泛，然而在经年累月的使用过程中，由于外力、环境因素等原因，混凝土构件的性能会发生退化和损坏。

为了延长混凝土构件的使用寿命，提高其承载能力和抗震性能，钢筋混凝土结构加固技术应运而生。

其中，碳纤维增强复合材料（CFRP）筋体外预应力加固技术是一种比较成熟的技术，该技术利用CFRP加固材料的高强度和轻质化特点，通过加固次表面，提高钢筋混凝土梁的抗弯强度、刚度和耐久性。

2.研究目的本研究意在探究CFRP筋体外预应力加固对钢筋混凝土梁刚度的影响。

具体包括：CFRP筋体外预应力加固前后梁的弯曲刚度变化情况；CFRP预应力加固位置对梁弯曲刚度的影响；CFRP预应力加固对梁裂缝控制的效果。

3.研究内容本研究将选取标准混凝土梁，采用CFRP筋体外预应力加固技术，在梁两侧加固一定长度的CFRP筋材，并施加预应力，以探究CFRP筋体外预应力加固对梁的刚度和耐久性能的影响。

重点研究内容包括：（1）梁在弯曲荷载下的变形规律及弹性刚度的变化；（2）CFRP预应力加固在不同位置对梁弹性刚度的影响；（3）CFRP预应力加固对梁裂缝控制效果的评估。

4.研究方法本研究将采用试验方法，建立CFRP筋体外预应力加固钢筋混凝土梁的试验模型，并进行荷载试验。

试验过程中，对梁在强度、刚度、位移、裂缝等方面的表现进行监测和分析，以研究CFRP筋体外预应力加固技术对混凝土梁性能的影响。

5.研究意义本研究结果可以为工程实践提供技术支持，探索CFRP筋体外预应力加固技术应用于钢筋混凝土梁加固领域的适用范围和优化方案。

同时，为改进钢筋混凝土结构的抗震性能和使用寿命提供重要的理论指导。

CFRP加固钢筋混凝土梁可靠度分析CFRP加固钢筋混凝土梁可靠度分析钢筋混凝土是目前广泛应用的重要结构材料之一，但在使用过程中，由于受到外部环境、荷载等多种因素的影响，其受力性能会逐渐下降，出现裂缝、变形等现象，从而影响结构的安全性。

为解决这一问题，一种比较常见的加固方法就是采用碳纤维增强聚合物（CFRP）对钢筋混凝土梁进行加固。

CFRP加固可以有效改善梁的受力性能，提高其承载能力和耐久性，但由于加固材料和传统材料的特性差异，CFRP加固梁的可靠度分析也需要另外进行考虑。

在进行CFRP加固梁可靠度分析时，需要考虑加固材料的特性对梁的受力性能影响、加固层与混凝土的粘结力等因素。

首先，需对梁的力学性能进行分析。

在CFRP加固前，需要对梁进行弯曲试验，获得梁的力学性能参数，如弹性模量、极限弯曲强度、屈服点等。

这些参数可用于确定加固方案和优化参数，为CFRP加固提供基础参数。

进一步考虑CFRP增强层与混凝土的粘结力。

粘结力的大小直接影响加固层和混凝土的受力传递效率，从而影响梁的整体受力性能。

粘结力还与环境因素、荷载水平等因素有关。

此外，CFRP 增强层的初始应力状态和应力释放过程对粘结力也有一定影响。

基于以上因素，进行CFRP加固钢筋混凝土梁可靠度分析需要进行多参数考虑。

通过建立CFRP加固钢筋混凝土梁的可靠度计算模型，通过获得梁的受力历程，确定加固梁在不同工作状态下的可靠度，并考虑加固材料和混凝土的性能变化影响。

在进行计算时，应考虑各种不确定因素，如荷载、环境因素、材料参数、粘结力参数等。

通过蒙特卡罗模拟等方法，获得在不同不确定因素下梁的可靠度。

从而，有助于确定CFRP加固梁的强度可靠度指标，对加固方案的优化实现提供理论支撑。

在实际工程中，CFRP加固钢筋混凝土梁可靠度分析是一个很重要的问题，特别是在进行重大工程和加固项目时，由于各种外部因素的干扰，增加了梁的出现问题的概率。

因此，合理地进行可靠度分析成为一个必要的工作。

分类号U448 单位代码10618密级学号106260145 硕士学位论文论文题目：CFRP预浸带加固混凝土梁抗弯性能及破坏机理研究Study on Flexural Behavior and Failure Mechanismof the RC Beams Strengthened with Presoaked CFRP研究生姓名：刘秋松导师姓名、职称：姚国文教授申请学位门类：工学专业名称：桥梁与隧道工程论文答辩日期：2009 年3 月29 日学位授予单位：重庆交通大学答辩委员会主席：郑罡研究员评阅人：郑罡研究员吴海军副教授2009年3月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：年月日重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日……………………………………………………………………………………………本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。

CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的发展及现状1. 引言- 介绍预应力加固技术的背景和意义- 简述CFRP片材作为预应力加固材料的优势2. 预应力加固钢筋混凝土梁的发展历程- 回顾预应力加固技术的发展历程和应用范围- 分析CFRP片材在预应力加固领域的出现和发展3. CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的原理与构造- 介绍CFRP片材作为预应力材料的原理和构造- 分析CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的加固原理和构造4. CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的应用状况- 综述目前CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的应用状况- 分析CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的优点和不足之处5. 结论与展望- 总结CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的发展历程和特点- 展望CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁在工程中的应用前景和研究方向第一章：引言随着社会和经济发展的不断推进，各种建筑物和基础设施的建设也越来越普及化、规模化和特殊化。

尤其是在地震、风灾等突发性自然灾害频发的背景下，建筑物的抗震等的安全性问题越来越成为人们关注的焦点和热点问题。

预应力加固钢筋混凝土梁作为提高建筑抗震能力的有效手段日益受到重视。

近年来，作为预应力加固材料的碳纤维复合材料（CFRP）片材在预应力加固领域的使用越来越广泛。

因此，本文主要探讨CFRP片材预应力加固钢筋混凝土梁的发展和现状，为相关工程人员提供一定的参考。

第二章：预应力加固钢筋混凝土梁的发展历程预应力加固钢筋混凝土梁作为提高建筑抗震性能的一种重要手段，其发展历程可追溯到上世纪50年代，当时人们开始关注预应力加固技术的应用。

70年代，在国内外工程界都逐渐形成一批成功案例，特别是美国先导性建筑物的成功，加速了预应力加固技术的发展。

80年代以后，随着工程科技的快速发展，预应力加固技术逐渐成熟，同时在建筑物的抗震设防要求不断提高的情况下，预应力加固钢筋混凝土梁在工程领域的应用得到了广泛推广和应用。

预应力碳纤维板与混凝土界面黏结滑移本构关系试验设计一、研究背景和意义预应力碳纤维板（Prestressed Carbon Fiber Reinforced Polymer，PCFRP）已经成为了结构加固领域中的重要材料之一，它具有优异的力学性能、化学稳定性及耐久性等特点，能够有效地提高结构的承载能力和使用寿命。

然而，由于PCFRP与混凝土间的界面黏结滑移本构关系并不清楚，导致PCFRP加固结构的效果存在一定的不确定性。

因此，为了更好地理解PCFRP与混凝土之间的黏结滑移本构关系，有必要进行相关的试验研究，以便为PCFRP加固结构的设计和工程实践提供科学依据和技术支持。

二、试验目的本试验的目的是研究PCFRP与混凝土之间的界面黏结滑移本构关系，并得出相应的力学参数，为PCFRP加固结构的设计和工程实践提供依据。

三、试验方案1. 试件制备试件采用标准混凝土试件尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体，表面处理后，涂刷除油剂和界面剂，然后将PCFRP片按要求贴在试件表面，并进行预应力张拉。

2. 试验装置试验装置主要包括试验机、位移传感器、荷载传感器和温度传感器等。

3. 试验步骤（1）试件制备按照上述步骤制备试件，并进行预应力张拉。

（2）试验参数设置设置试验参数，包括加载速率、加载方式、加载次数等。

（3）试验数据采集开始试验后，采集试验数据，包括荷载-位移数据、温度数据等。

4. 试验结果分析根据试验数据，分析PCFRP与混凝土间的界面黏结滑移本构关系，并得出相应的力学参数。

四、试验结果与分析1. 试验数据分析通过试验数据的采集和分析，得到了PCFRP与混凝土之间的界面黏结滑移本构关系，具体数据如下图所示：（插入数据图）2. 结果分析根据试验结果分析，得出以下结论：（1）PCFRP与混凝土之间的界面黏结强度随着预应力张拉力的增加而增加。

（2）PCFRP与混凝土之间的黏结滑移本构关系呈现非线性的曲线。